新闻资讯
NEWS CENTER
03
2026
-
09
EES: 让光照与水流从“干扰”变成“助力”，双场响应纳流体膜实现稳定渗透能发电
作者：
背景
海水与河水之间蕴藏着丰富的盐差能，全球理论资源潜力可达1.4–2.6 TW，被认为是一种稳定、清洁的“蓝色能源”。近年来，二维材料层状膜凭借丰富的纳米离子通道和较低的传输阻力，为反向电渗析等渗透能转换提供了新的材料平台。然而，真实环境中的膜并不是在静态条件下工作：海水和河水持续流动形成外部流场，同时装置还可能长期受到太阳光照射。流动虽然能够减弱浓差极化、促进离子传输，却产生剪切力并破坏二维膜的层状堆叠结构；光照可以通过光热或光电效应增强离子传输和选择性，但传统光响应纳米片的堆叠又容易形成高度曲折的传输路径。因此，现有研究往往将光场和流场视为需要分别应对的外部因素，如何构筑一种既能承受动态水流、又能主动利用太阳光，同时保持快速且选择性离子传输的纳流体膜，是渗透能技术走向真实环境应用的重要挑战。
创新
近日，清华大学康飞宇、周栋教授团队将光响应COF与Cu²⁺介导的层间桥联协同引入层状纳流体膜，*构建了同时响应光场和流场的双场响应膜体系。其中，光响应COF并非简单作为填料加入膜内，其沿层叠方向提供垂直排列的一维纳米通道，相当于在传统二维层间横向传输路径中进一步建立“跨层捷径”；光照后，COF的光响应行为进一步促进这些通道中的离子迁移，从而提高膜的离子通量。另一方面，Cu²⁺作为层间桥联单元强化相邻纳米片之间的相互作用，抑制外部流场剪切造成的层状结构破坏，使流动不再只是膜稳定性的威胁，反而能够通过降低浓差极化和传输阻力进一步强化离子输运。采用天然海水|河水体系进行验证时，光场和流场分别使输出功率密度提高137%和119%；在两种外场协同作用下，器件最终实现高达34.6 W m⁻²的功率密度，并保持良好的长期运行稳定性。
意义
这项工作的核心意义并不只是利用光照进一步提高渗透能输出，而是将真实环境中的两种外部因素——光与流动——从传统意义上的“运行扰动”转化为可以主动利用的能量与传质强化手段。通过“COF垂直通道负责光响应强化传输、Cu²⁺层间桥联负责抵抗流场破坏”的功能分工，膜材料同时解决了外场条件下的离子传输效率和结构稳定性问题，也使光场、流场与纳米通道之间形成协同关系。更重要的是，该研究采用天然海水和河水而非理想盐溶液进行验证，并在双场耦合下兼顾34.6 W m⁻²高功率密度与长期稳定性，使研究从静态实验室条件进一步接近真实水体环境。由此建立的“外场响应–通道强化–结构稳定”协同设计思路，也为未来纳流体膜从追求静态条件下的*高性能，转向面向复杂动态环境的自适应设计提供了新的方向，有望推动盐差能发电及其他纳流体能源转换技术走向实际应用。
原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/oGQ1REbX5H8qe5TB5XdQgQ
相关新闻
